製品チームが見逃してはならないトポロジー最適化の 3 つの利点

トポロジー最適化 (TO または TopOp) は、特定の負荷または境界制限を考慮して、特定のスペース内のマテリアル レイアウトを最適化する数学的手法です。トポロジー最適化により、設計者は通常、材料の削減を通じて、機械コンポーネントまたは部品を最適化できます。

トポロジー最適化はジェネレーティブ デザインの一形態であり、設計、シミュレーション、最適化という 3 つの異なる分野を組み合わせて、数千万の自由度を考慮して最適なソリューションを作成するシミュレーションを作成することを指します。

トポロジーの最適化により、設計者は強度と手頃な価格との間で慎重なバランスを取り、可能な限り最小限の材料を使用して十分に強度のあるパーツを作成する方法を決定できます。これは、コンピューターの助けなしでは実現が非常に困難な方法で行われます。これにより、いくつかの奇妙な形状が生じることがあります。これが、トポロジーの最適化が付加製造と密接に関連している理由です。 3D プリントは、これらの複雑な部品を製造するための最も効果的なツールです。

トポロジー最適化ソフトウェアは、最終的に設計者が付加製造によって提供される自由を利用できるようにします。しかし、最近まで、多くの製品チームにとって法外に高価でした。トポロジー最適化が多くの一般的な CAD プログラムに組み込まれた機能になり、はるかにアクセスしやすくなったのは、ここ数年のことです。この強力なツールについて製品チームが知っておくべきことは次のとおりです。

トポロジー最適化の仕組み

最も一般的で実用的なトポロジー最適化手法は、有限要素 (FE) ベースです。 FE は、オブジェクトのどの領域が構造的に重要ではなく、したがって除去できる可能性があるかをシミュレーションに基づいて判断する設計方法を指します。

FE ベースのトポロジー最適化の最初のステップは、荷重、固定具、拘束、および「設計空間」、つまり特定の部品が占める可能性のある最大体積を定義することです。次に、ソフトウェアは特定の拘束を分析して、いくつかの部品設計オプションを提供し、設計者を可能な限り最良の設計の方向に導きます。デザインが選択されると、ソフトウェアはプロセスを繰り返して形状を調整します

一般に、トポロジー最適化を使用して設計されたパーツは、より少ない材料を使用して同等以上の結果を達成し、直接的なコスト削減と製品の改善につながります。トポロジー最適化は多くの設計から余分な重量を削減できるため、この技術は航空宇宙産業や自動車産業の金属部品で特に人気があり、どちらも部品材料の体積または重量を減らすと燃料効率が向上するというメリットがあります。さらに、トポロジー最適化とアディティブ マニュファクチャリングにより、設計者は有機的な形状を厳密に模倣できるため、この技術は医療用途でますます活用されています。

トポロジー最適化の利点

トポロジー最適化の利点は、材料の削減にとどまりません。その他の利点には次のようなものがあります:

• 設計プロセスの短縮: トポロジーの最適化により、製品開発のタイムラインを大幅に短縮でき、コストの削減につながります。通常、自動化されたプロセスにより、従来の設計方法よりもはるかに短い時間で、より優れたパフォーマンスの部品が得られます。
• パフォーマンスの向上: 特定のパーツの最適な設計は常に直感的であるとは限りません。また、設計チームがコンピューターの助けなしにそれを思い付くことはできなかった可能性があります。トポロジー最適化アルゴリズムには、人間のようなバイアスがないため、パフォーマンスの向上を優先して美学や一般的な設計ルールを無視する傾向があります。

エネルギー効率とコスト効率が向上します。トポロジーの最適化により、不要な機能や材料が排除され、無駄とコストの両方が削減されます。さらに、これらの部品は軽量であるため、最終用途でのエネルギー需要を削減する傾向もあります。

人気のトポロジー最適化ソフトウェア

トポロジー最適化ソフトウェアは、スタンドアロン ツールまたは CAD 統合モジュールとして購入できます。トポロジー最適化の 2 つの主要なプレーヤーは、Altair と Dassault Systèmes です。 Altair が OptiStruct ツールを初めてリリースしたのは 1994 年で、ゼネラル モーターズが最初の顧客でした。ダッソー・システムズは、Tosca や ATOM など、いくつかの一般的な TopOp モジュールを担当しています。

Solidworks や Creo など、いくつかの一般的な CAD プログラムには、トポロジー最適化ツールが組み込まれています。これらのツールは、スタンドアロンの TO ソフトウェアよりも強力ではなく、機能が重い傾向があることに注意してください。とはいえ、設計プロセス中に貴重な洞察を提供することができます.

nTop Platform は新しいタイプの CAD ソフトウェアであり、TopOp モジュールが統合されているため、シミュレーションのデータ出力によって、可変壁厚や格子ビーム厚などの設計パラメータを直接操作できるようになり、ソフトウェア ランドスケープに新しい機能がもたらされます。

トポロジー最適化の開始

現代の企業と消費者の両方が、これまで以上に迅速、効率的、効果的で、環境に優しいソリューションを求めています。トポロジー最適化は、これらの利点とそれ以上を製品チームに提供できます。幸いなことに、このテクノロジーはより広く利用できるようにもなっています。ただし、TO ソフトウェアを最大限に活用し、製品開発プロセスを最適化するには、チームがテクノロジーを効果的に使用する方法に関する深い機能知識を持っている必要があります。

トポロジー最適化を活用して、より高性能で安価なパーツを迅速に作成することに関心のある、あらゆる形状とサイズの製品チームは、Fast Radius の専門家に相談できます。経験豊富な設計者、エンジニア、技術者、およびプロジェクト マネージャーからなるチームは、デジタル設計、シミュレーション、およびパフォーマンスの最適化の専門家です。私たちの使命は、お客様が新しいことを可能にするのを支援することです.

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